新能源开发及高新技术的应用

　　随着经济的发展，能源的消费量迅速增长，常规能源蕴藏量却日益减少，因此，人们寻找新能源，采用高新技术提高能源效率。

　　热能利用是当前太阳能利用工作中的重要方面，其关键设备是集热器，常见的太阳能，用于干燥和太阳能采暖。太阳房是太阳能转换成温热能加以利用的一种建筑，其能量转换效率高，同时还具有清洁、不污染环境的优点。太阳房可通过集热器、管道、风机、水泵等设备来收集、贮存和输出太阳能，达到建筑物室温的要求（见照片4-2、照片4-3）。

　　太阳能特别适宜以水的沸点或低于水沸点温度供热，新的建筑物可利用天然采暖和制冷将其能源消费减少80％以上。在塞浦路斯、以色列和约旦，太阳能加热器已为家庭提供了25％～65％的热水。美国已建设了100万个太阳能系统和25万座被动式太阳房。先进的太阳能聚热器产生热，温度可达200℃，可满足生产用的蒸汽需要。

　　太阳能电池是利用光电效应将太阳能直接转化为电能的装置，光电电池已成为计算器、手表、卫星常用动力源。太阳能还可在太阳能热电站里被转化成电能。太阳能聚热器加上其他可再生能源技术，可将太阳光转换成电力。在一种系统中，大型槽将太阳光反射到充油管中以产生驱动透平的蒸汽，可将22％入射太阳光转换成电能，美国南加利福尼亚一家公司将兴建总能量320MW以上的发电装置。

　　未来的太阳热能发电预计成本更便宜，抛物面盘可能跟踪太阳，并将阳光聚焦于小型热机的某点，或者可将能量传输到中央透平。21世纪中叶，大面积干旱和半干旱的农村地区可用来发电，并可将太阳能电力送到缺电地区。对发展中国家大部分农村，太阳能电池是最廉价的电源。印度6000多个村落目前依靠光电池供电，印尼及斯里兰卡也开展光电池发电计划。

　　现有太阳能的利用仅为太阳光能辐射到地面的2％。为了更多利用未来技术采用高空同步卫星接受站，在500km的高空建立太阳能接受站，采用微波技术发回地面太阳能发电站接受发电。

　　地热能是来自地下的热能。地球的内部是一个巨大的“热库”，蕴藏着大量的热能。据估计全世界地表资源的总量相当于4.948×10¹²t标准煤燃烧时所放出的热量。

　　地热资源按其在地下存在形式可分为蒸汽型、热水型、地压型、干燥岩型和岩浆型五类。地热能的利用可分为直接利用和地热发电两大类。近年来，许多国家重视直接利用地热能，其能耗小，对地下水的温度要求不高。在全部地热资源中，可直接利用的中、低温地热资源十分丰富，但地热的直接利用往往受载热介质、热水输送距离等的限制。目前全世界地热电站总装机容量已超过5600MW以上。萨尔瓦多40％的电力来自地热能，尼加拉瓜为28％，肯尼亚为11％，大多数环太平洋地区的国家以及沿东非大裂谷的国家和环绕地中海的国家都可以开发地热能。冰岛、印度尼西亚和日本是各国中地热资源潜力最大的国家。

　　生物质能是树木、谷物秸秆、柴草等植物通过光合作用把太阳能储存起来，然后再通过化学反应主要以热的形式释放出来的一种能。生物质能是发展中国家（大约25亿人）的一种主要能源。

　　沼气是一种主要的生物质能形式。它是CH₄、CO₂和N₂的混合物，具有较高的热值，可以作为燃料做饭，照明，也可以驱动内燃机和发电机，1m³的沼气的热值约相当于1.2kg的煤或0.7kg的汽油，即相当于60W电灯使用7小时所需的电能。沼气燃烧后的产物是CO₂和水，沼气是一种清洁能源。从解决发展中国家农村能源消费及保护环境的角度而言，它是一种极其有前途的新能源。自然沼气利用技术在中国及印度等农村普遍推广。

　　核聚变是利用两个轻原子核结合成一个较重的原子核，释放出巨大能量，如太阳能的形成就是这种核聚变反应。维持其巨大的能量而释放受控聚变的情况下，释放能量的装置称为聚变反应堆，其优点是聚变反应不产生裂变碎片，所以其放射性影响不如核裂变那么严重。在安全性方面，由于聚变反应堆没有裂变反应堆那种工作状况突变的事故，也不存在核武器材料钚被转移的问题，因而是理想的反应堆，其热利率可达50％～60％，它的热污染问题较其他任何发电方法都少。

　　目前研究利用氦（₂He⁴）、锂（₃Li⁶）和氢的同位素氘（₁D²）及氚（₁T³）而产生的几种不同的聚变反应，其中以氘-氚反应和氘-氘反应较为理想。氘在天然水中含量极为丰富，而且提取也经济。普通水中每6500个氢原子有1个氘原子，而在海水中更为丰富。海水中的重水是提取氘的重要原料，如每1m³海水中的₁D²具有的潜能可以释放8×10⁹kJ的能量，相当于大约270t煤或1360桶石油的燃烧能量，而全球的海洋中的氘的总能量供应，可能相当于全世界原始化石燃料总能量供应的5000万倍。因此，如果氘-氘（D-D）反应能够实现，海洋将成为人类永远使用不衰的能量源。

　　氘-氚反应可以在较低的温度下进行：

₁D²+₁T³→₂He⁴+n+17.6MeV

　　氚只能由人工制造，例如用中子轰击锂-6获得

₃Li⁶+n→²He⁴+₁T³+4.8MeV

　　锂资源有限，由氘-氚反应所得总量与矿物燃料差不多，只能供应数百年。因此氘-氚反应不能根本解决能源问题。

₁D²+₁D²→₂He³+n+3.2MeV

₁D²+₁D²→₁T³+p+4.0MeV

₁D²+₂He3→₂He⁴+p+18.3MeV

6₁D²→2₂He⁴+2p+2h+43.1MeV

　　即聚变后每个氘核可产生约7.2MeV的能量，按此计算，1gal海水所提供的能量与330gal石油所提供的相当，若这种（D-D）反应能够实现，海洋将成为人类用之不竭的能源。

　　常规核裂变反应堆所用的₉₂U²³⁵的储量十分有限，它仅占天然铀的0.711％，而铀₉₂U²³⁸却占99.283％。增殖堆的目的，就在于利用极为丰富的同位素，铀-238进行裂变反应，而使可用的铀的数量增加140倍。

　　增殖堆的能增生材料有两种₉₂U²³⁸（铀）及₉₂Tn²³²（钍）。利用中子轰击产生裂变同位素反应式：

　　目前对钍-232的研究发展较少。

　　与轻水反应堆一样，增殖堆最严重不利因素是靠裂变作用提供能源，带来放射性废物的运输和处理问题仍待解决。如冷却剂流失事故等，可能引起外排放射性的危险，而产生钚₉₄Pu²³⁹运输，管理是危险而重要的。